[發明專利]一種粉末冶金超細晶鈦鋁基合金板材的制備方法

有效

• 申請號: 201210131206.9
• 申請日: 2012-04-28
• 公開（公告）號: CN102641890A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 劉詠;梁霄鵬;李慧中;黃嵐;黃伯云;曾敏;李建波;周燦旭
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B21B3/00
• 分類號: B21B3/00;B21B37/00;C22F1/18;C22C1/04;C22C14/00
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所 43114
• 代理人: 顏勇

技術領域

本發明涉及超細晶鈦鋁基合金板材的制備方法，特質系一種粉末冶金超細晶鈦鋁基合金板材的制備方法；屬于粉末冶金材料加工技術領域。

背景技術

鈦鋁基合金比強度高、比剛度高、密度低、阻燃性能和高溫抗氧化、抗蠕變性能好，是一種非常有潛力的輕質高溫結構材料，在航空航天、汽車制造等工業領域有著廣闊的應用前景。鈦鋁基合金板材除了可以直接用作結構材料外，還可以作為超塑性成形的預成形材料，并用于近凈成形航空、航天發動機的零、部件以及超高速飛行器的翼、殼體、熱區蒙皮，渦輪葉片，導彈尾翼等。然而，鈦鋁基合金較脆，屬于難變形材料，室溫以及高溫加工變形都很困難，尤其是板材的軋制變形更是困難。

早在1995年Koeppe就總結了用鑄造冶金工藝制備TiAl基合金薄板的3個條件：①在高溫α+γ相區進行近似等溫的軋制；②嚴格控制軋制工藝參數(軋制速度和道次壓下量)；③采取必要措施防止TiAl基合金在變形過程中被氧化。(Koeppe?C，Bartels?A，Clement?H，et?al.Optimizing?Properties?of?TiAl?Sheet?Material?for?Application?in?Heat?Protection?Shields?or?Propulsion?Systems.Materials?Science?and?Engineering?A，1995，201：182～193.)。其后十幾年來，無論采用鑄錠冶金法還是粉末冶金法制備鈦鋁基合金板材，其工藝指導思想均是按照Koeppe提供的條件進行設計工藝，在實現近等溫軋制方面，開發了可以加熱到1100℃的軋輥來實現等溫軋制；在控制軋制工藝方面，目前全部采用低速，少壓下多道次的軋制工藝，也就是采用盡量低的軋制速度，較小的道次變形量進行多道次軋制；在防氧化方面，采用包套以及防氧化涂成的方法來實現。這3個條件中，要實現等溫軋制，對設備要求較高，需要特殊的材料制備軋輥，因此，能夠實現等溫軋制機構很少，在防氧化方面，工藝簡單，已不存在技術難題，而在控制軋制工藝方面，低速少壓下所反映的變形條件即為低應變速率變形，在目前報道中，無論是數值模擬，物理模擬還是實驗驗證，其實現成功軋制時控制的應變速率均在小于1s^-1的范圍內，由于當應變速率小于0.1s^-1時，變形速度太慢，不適合于實際軋制，因此認為應變速率在0.1s^-1到1s^-1的范圍是比較合適的加工區域。但是即便是1s^-1的應變速率變形，到次變形量為10％計算，要使總變形量達到80％需要約20道次，再考慮道次間保溫時間，軋制一塊板材的軋制時間至少為2.5小時，可見軋制效率很低。同時軋制道次多，道次間的保溫時間也長，導致的結果是在道次間的保溫使得軋制過程產生的再結晶小晶粒發生長大，所以文獻所報道的鈦鋁基合金軋制板材的晶粒尺寸基本在50μm以上，即使通過后期的特殊熱處理能夠使晶粒大小達到10μm左右已實屬不易。然而晶粒大小對合金力學性能有重要的影響，晶粒越小，合金的強度和伸長率也就越高。因而制備細晶組織是實現高性能鈦鋁基合金的一條重要途徑。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術之不足而提供一種工藝簡單，軋制周期短，生產效率高，軋制得到的板材變形均勻，晶粒尺寸小的粉末冶金超細晶鈦鋁基合金板材的制備方法。

本發明一種粉末冶金超細晶鈦鋁基合金板材的制備方法，包括下述步驟：

第一步：熱等靜壓制備鈦鋁基合金錠坯

根據設計的鈦鋁基合金組分原子百分比，分別取各組分金屬粉末，金屬粉末粒度為80～100目，形狀為球形；將金屬粉末裝入低碳鋼包套，于1235～1265℃進行熱等靜壓，制備致密度大于等于98％，氧含量小于等于1000ppm的鈦鋁基合金錠坯；

第二步：截取備軋坯料

從第一步得到的鈦鋁基合金錠坯上切取備軋坯料，采用純鈦板包覆備軋坯料，周邊焊接，在純鈦板表面涂覆防氧化玻璃涂層后，備軋；

第三步：軋制

將第二步所得備軋坯料加熱到1200～1250℃均溫后，進行多道次軋制，軋制總變形量為85％～90％；控制道次終軋溫度大于等于1100℃，每道次軋制后，回爐均溫至1200～1250℃后進行下一道次軋制，制得粉末冶金鈦鋁基合金板材；當備軋坯料總變形量小于等于35％時，軋輥線速度為1～2m/min，道次變形量為8～10％；當備軋坯料總變形量為35％～90％時，軋輥線速度為20～30m/min，道次變形量為50～60％；

第四步：退火